摘要：采用鍍鋅板可以有效地提高汽車車身的防腐性能，延長汽車使用壽命，文章針對鍍鋅板點焊過程中焊點粘銅、開焊、飛濺及電極磨損等問題進行了工藝分析。 主要通過進行二次脈沖分析試驗、電極帽材質(zhì)的更換、循環(huán)水系統(tǒng)的改進以及中頻焊設備的引進等方法提升焊接質(zhì)量。 試驗證明，經(jīng)過工藝改進可以減少焊點粘銅和飛濺、有效緩解主纜過熱現(xiàn)象以及提高電極使用壽命等。 隨著鍍鋅板在汽車業(yè)的廣泛采用，新的點焊工藝也需不斷研究和開發(fā)。

汽車車身作為所有零部件的載體， 它的性能直接關系到汽車的使用壽命和碰撞安全。 據(jù)有關調(diào)查，一輛國產(chǎn)汽車 1 年內(nèi)就會出現(xiàn)腐蝕斑點，3～4 年就會出現(xiàn)腐蝕穿孔現(xiàn)象 [1] ，尤其是在嚴寒、濕熱和鹽霧等惡劣環(huán)境中，腐蝕現(xiàn)象更加明顯。 在國外早已經(jīng)開始大量使用鍍鋅板來提高車身的耐腐蝕性，延長汽車使用壽命。 鹽霧試驗表明， 鍍鋅板的耐腐蝕時間是普通冷軋鋼板的2～3 倍 [2] 。 近十幾年，自主品牌也逐步開始采用鍍鋅鋼板，并且越來越廣泛地應用在汽車制造業(yè)。

1 鍍鋅板焊接存在的問題

（1）焊點參數(shù)設定不合理，造成開焊和飛濺；

（2）外觀質(zhì)量不良，焊點粘銅，電極磨損加速；

（3）焊接設備不能滿足參數(shù)設定。

2 鍍鋅板焊接工藝分析及改進舉措

2.1 車身鍍鋅板種類分析

汽車車身用鍍鋅鋼板主要使用熱鍍純鋅鋼板（GI）、電鍍純鋅鋼板（EG）、熱鍍鋅鐵合金鋼板（GA）和電鍍鋅鎳合金鋼板，在我國普遍采用的是 GI。表 1 示出4 種材質(zhì)鋼板的優(yōu)缺點對比。

2.2 鍍鋅板焊接參數(shù)設定

2.2.1 焊接鍍鋅板電流提升分析

由于鍍鋅鋼板在點焊時需要破壞掉表面的鋅層，同時熔化的鋅層增加了板與板的接觸面積， 因此在設
定焊接參數(shù)時， 相對于普通的冷軋鋼板需要提高焊接電流。

首先將 127 組不同板厚的冷軋鋼板組合后， 進行試片撕裂試驗，確定每組的焊接參數(shù)，經(jīng)過試驗得到焊接參數(shù)范圍為 6?500～11?000?A。 然后再把每組中的冷軋鋼板用相同厚度的 GI 板替換掉， 進行試片撕裂試驗，確定每組的焊接參數(shù)，經(jīng)過試驗得到的焊接參數(shù)范圍為 8?800～12?500?A。

經(jīng)分析得出： 焊接同等厚度的鍍鋅板與冷軋鋼板，鍍鋅板要比冷軋鋼板電流高，電流提高范圍約為10％～30％。

2.2.2 焊接參數(shù)二次脈沖

由于鍍鋅板增加了鋅層，焊接時過高地提升電流，加大了電極帽磨損速度，增加了飛濺程度，因此傳統(tǒng)的單脈沖方式已經(jīng)不能滿足鍍鋅板焊接， 現(xiàn)在普遍采用多脈沖的焊接方式。 多脈沖原理為第 1 次焊接時預先打破鋅層，第 2 次為鋼板的焊接，這種焊接方式可以減小焊點粘銅及飛濺產(chǎn)生的幾率。

為了確定打破鋅層所需參數(shù)， 文章進行了以下試驗：采用相同厚度和材質(zhì)的鍍鋅試片，將通電時間設定為 0.1?s（5 周波）， 初始電流設定為 3?500?A 并不斷增加，每次電流增加 500?A，經(jīng)過多次試驗，發(fā)現(xiàn)電流在4?000～4?500?A 時鋅層可以被打破，根據(jù)此數(shù)據(jù)可以設定多脈沖焊接參數(shù)。

2.3 焊點質(zhì)量的改善

由于鍍鋅板焊接時需要提升焊接電流及采用二次脈沖的方式，產(chǎn)生了主纜冷卻不良、電極臂過熱及電極帽粘銅等現(xiàn)象。

2.3.1 焊鉗電極帽材質(zhì)的選用

目前汽車廠常用電極帽材質(zhì)為鋯鉻銅（在銅里面加入 0.25％的鋯和 0.1％的鉻形成的合金）。 鍍鋅板焊接時， 由于焊接參數(shù)較大， 電極與鍍鋅板間產(chǎn)生的熱量高，且鉻鋯銅電極帽耐軟化溫度較低，造成鉻鋯銅電極出現(xiàn)焊接端面軟化。 鍍鋅板中熔化溫度較低的鋅和鉻鋯銅電極發(fā)生反應形成鋅銅合金，出現(xiàn)焊點粘銅現(xiàn)象，降低了焊點質(zhì)量，加速了電極帽的磨損。 由于反應產(chǎn)生的鋅銅合金導熱性及導電性較差，附著在電極帽上時，導致了電極帽導熱性能降低，如果不及時修磨，存在焊點開焊的隱患。

為解決此問題， 目前汽車廠逐步開始采用彌散鋁強化銅材質(zhì)的電極帽， 這種電極帽是在銅里面加入0.5%或 1.1%的 Al 2 O 3 形成的合金。彌散鋁強化銅因為顆粒結構緊密防止了鋅的穿透，所以與鋅層的反應較少，同時 Al 2 O 3 抗分解性質(zhì)抵制了液體金屬的侵蝕。在某款汽車的實際應用過程中， 發(fā)現(xiàn)采用這種材質(zhì)的電極帽在一定程度上減輕了點焊時焊點粘銅現(xiàn)象， 但不能從根本上杜絕粘銅。

2.3.2 制定電極帽修磨規(guī)范

由于粘銅現(xiàn)象導致了電極帽的磨損加速， 因此需要各個工位根據(jù)焊鉗的焊接參數(shù)， 分別制定電極帽的
修磨規(guī)范。 這樣有助于減輕粘銅現(xiàn)象、電極帽的磨損及飛濺程度。

2.3.3 冷卻不良的改善

懸掛點焊機循環(huán)水常用流量為 18?L/min，可以滿足普通冷軋鋼板點焊時焊接設備的冷卻。 由于鍍鋅板焊接時焊接電流及通電時間提升， 此流量不能滿足冷卻需求，出現(xiàn)了主纜過熱現(xiàn)象，不能進行連續(xù)生產(chǎn)。 為了改善對焊鉗的冷卻效果，需要對循環(huán)水系統(tǒng)進行改造。

改善前：電極臂、輔電纜和主電纜為串聯(lián)，即從進水管出來的水依次對電極臂、 輔電纜和主電纜進行冷卻，這種冷卻方式稱為弱水冷，如圖 1a 所示。 從電極臂進入的冷卻水在冷卻過程中溫度會逐步提升， 到主電纜時水溫已經(jīng)達到一定溫度， 因此對主電纜的冷卻效果較差，出現(xiàn)主電纜過熱現(xiàn)象。

改善后：電極臂與輔電纜串聯(lián)，再與主電纜并聯(lián)。這樣從進水管出來的水分為 2 路， 一路冷卻電極臂和輔電纜，一路冷卻主電纜，這種冷卻方式稱為強水冷，如圖 1b 所示。 冷卻主電纜與冷卻電極臂的水溫都是初始溫度，有效地緩解了主纜過熱現(xiàn)象。

2.4 焊接設備的選擇

由于工頻焊機具有價格便宜、 耐用和維修方便等優(yōu)點，且以前汽車車身板材主要以普通冷軋鋼板為主，對焊機性能要求不高，因此工頻焊機被廣泛應用。 目前在汽車廠逐步引入鍍鋅板后，焊接參數(shù)需要進行提升，工頻焊機容量不能滿足較大工藝參數(shù)的設置， 出現(xiàn)了超負荷運行現(xiàn)象，工頻焊機逐漸顯現(xiàn)出了存在的不足，主要體現(xiàn)在 3 個方面。

（1）焊機單相供電，電網(wǎng)不平衡，對電網(wǎng)沖擊大；

（2）焊接電流波動與飛濺較大；

（3）對電力配置要求較高，且電能轉(zhuǎn)化率低，耗能高。

在這種情況下， 汽車廠開始引入新的焊接設備——— 中頻焊機。 工頻焊機與中頻焊機原理對比圖，如圖 2 所示。中頻焊接的工作原理為：先將電網(wǎng)三相 50?Hz電整流為高電壓直流，再通過功率逆變器將直流轉(zhuǎn)換為1?000?Hz 高電壓方波，然后經(jīng)中頻變壓器將低電壓送至電極。 逆變頻率越高，焊接變壓器尺寸及質(zhì)量越小。

經(jīng)分析，中頻焊機相對于工頻焊機具有以下優(yōu)勢：

（1）功率因數(shù)（接近于 1）和電能轉(zhuǎn)化率高，減少了電源消耗，因此焊接同樣厚度的板材，中頻焊機設定的電流要比工頻焊機設定的電流減少 15%～20%；

（2）三相同時供電，對電網(wǎng)沖擊小，對電力配置要求低；

（3）焊接頻率高（1?000?Hz 或更高），變壓器體積只有工頻變壓器的 1/3，輕便快捷；

（4）與工頻系統(tǒng)相比能更多與更準確地控制焊接參數(shù)；

（5）焊接直流輸出，焊機平穩(wěn)，飛濺?。?/p>

（6）焊接通電時間縮短，減少了焊接電流及焊接壓力，提高了電極使用壽命。

3 結論

隨著汽車工業(yè)的發(fā)展， 鍍鋅板從內(nèi)覆蓋件到外覆蓋件的制造成為汽車業(yè)發(fā)展的方向， 會越來越多地被
汽車業(yè)所采用，因此需要投入更多的精力去試驗、分析和探討鍍鋅板點焊工藝，提高焊接質(zhì)量，延長車身壽命。

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